Jaki jest cykl biotyczny? Jako system zamknięty z powodzeniem funkcjonuje od kilku miliardów lat.
Spróbujmy dowiedzieć się, czym jest cykl biotyczny.
Funkcje
Martwe rośliny i szczątki organizmów są przetwarzane przez owady, grzyby, bakterie i pierwotniaki. Zwierzęta i rośliny są stopniowo przekształcane w elementarne związki organiczne i mineralne. Cykl biotyczny polega na przedostaniu się tych substancji do gleby, a następnie ich spożyciu przez rośliny. Proces charakteryzuje się zamknięciem, ciągłością, rozpadem, rozkładem związków końcowych. Jest to ciągły krąg, który rządzi życiem na planecie.
Znaczenie
Biotyczny cykl węgla w ekosystemach lądowych zostanie rozważony na przykładzie fosforu. Wystarczająca ilość tego pierwiastka znajduje się w poziomach próchnicznych gleb nienaruszonych, a także w ściółce leśnej. Dzięki cyklowi możliwe jest zgromadzenie w biosferze około 106-107 ton fosforu. Fitomasa naturalnych stepów łąkowych zawiera ok. 30 kg/ha tego pierwiastka, co w zupełności wystarcza ssakom.
Wymiana energii
Cykl biotyczny obejmuje wymianę energii. Jej istota sprowadza się do tego, że energia nie znika w łańcuchu przemian pokarmowych (troficznych), ale obserwuje się jej przemianę z jednego typu w inny.
Energia słoneczna jest przekształcana w podobnym procesie na każdym poziomie. Bezpośrednie zużycie energii słonecznej jest typowe tylko dla roślin zielonych w ramach fotosyntezy.
Tworzą związek organiczny (glukozę) z dwutlenku węgla i wody oraz gromadzą energię. Liście roślin są objęte tym procesem chemicznym tylko w obecności światła słonecznego i chlorofilu.
Funkcje procesu
W niektórych okresach istnienia ludzkości biotyczny cykl substancji był zaburzony. Wycofano tylko nadwyżki, które zostały zdeponowane w postaci gazu, węgla, ropy naftowej, wapienia i innych minerałów organicznych.
Podczas spalania oleju lub węgla w piecach (silnikach) uwalniana jest i wykorzystywana energia, która została nagromadzona w biosferze przez miliony lat. W przeszłości takie nadwyżkinie zaśmiecały biosfery, nie zaobserwowano ich negatywnego wpływu na cykl biotyczny. Dzisiaj jest inaczej.
Szczegóły
Różnorodność zwierząt jest ważna dla pomyślnej realizacji cyklu. Jeden gatunek nie będzie w stanie rozłożyć substancji organicznych roślin w biogeocenozie na produkty końcowe. Rozkłada tylko część z nich, a także niektóre z zawartych w nich związków organicznych. W podobny sposób powstają sieci i łańcuchy pokarmowe.
W biocenozie ważna jest atmosfera. Pomaga utrzymać biologiczny cykl energii i substancji, a także zapewnić równowagę wodną.
Zanieczyszczenia mogą rozkładać się na formy, które mogą brać udział w kolejnych etapach cyklu i być przyswajane przez żywe organizmy.
Cykl opiera się na rozkładzie i absorpcji zanieczyszczeń przez mikroorganizmy, zależy od aktywności i ilości pierwiastków chemicznych bezpośrednio biorących udział w cyklu.
Ekosystem to suma składników nieorganicznych i organicznych, w których zachodzi biotyczny cykl substancji.
Schemat procesu
Rośliny, które otrzymują stały przepływ energii ze Słońca, tworzą produkty pierwotne z materii nieorganicznej. W pozostałych ogniwach cyklu następuje zmiana i utrata energii. Producenci, konsumenci, rozkładający się w ekosystemie konsumują żywą materię oryginalnej produkcji. Zwierzęta zużywają na taki proces wielokrotnie więcej żywej materii najniższego poziomu, obniżając sumarycznierezerwy energii. Cyrkulacja jest zapewniona poprzez interakcję trzech grup.
Pierwsza grupa składa się z producentów. Należą do nich zielone rośliny, które aktywnie uczestniczą w fotosyntezie. Takimi substancjami są również bakterie zdolne do chemosyntezy. Tworzą pierwotną materię organiczną.
Druga grupa - konsumenci pierwszego zamówienia. Są konsumentami materii organicznej. Należą do nich drapieżniki, a także pierwotniaki. Zwierzęta sklasyfikowane jako drapieżniki, około 250 różnych gatunków.
Trzecia grupa - destruktory (dekompozytory), które rozkładają martwą materię organiczną na minerały. Należą do nich grzyby, bakterie i pierwotniaki. Akumulacja energii słonecznej odbywa się na wznoszącej gałęzi cyklu w wyniku fotosyntezy. Rośliny na tym etapie syntetyzują substancje organiczne z azotu, wody, dwutlenku węgla.
Zużycie energii
Co jeszcze bierze pod uwagę biologia? Oddychanie roślin zajmuje w nim ważne miejsce, ponieważ proces ten utlenia prawie połowę materii organicznej do dwutlenku węgla, zawracając ją do atmosfery.
Drugim co do wielkości wariantem wydawania związków organicznych i zmagazynowanej energii jest korzystanie z pierwszego rzędu konsumentów roślin. Energia gromadzona przez fitofagi wraz z pożywieniem jest zużywana na życie, oddychanie i reprodukcję. Jest wydalana w ekskrementach.
Zwierzęta roślinożerne to pokarm dla mięsożerców (konsumentów o najwyższym poziomie troficznym). Oni z kolei marnują energię,nagromadzone z pokarmem, podobnie jak zwierzęta roślinożerne.
Związek elementów
Oddzielne ogniwo w ekosystemie dostarcza do środowiska pozostałości organiczne. Służą jako źródło energii i pokarmu dla zwierząt saprofagów (grzyby, bakterie). Ostatnim etapem konwersji węglowodanów jest proces humifikacji, a następnie utleniania próchnicy do dwutlenku węgla i mineralizacji fragmentów popiołu. Następnie ponownie wchodzą do atmosfery i gleby, stając się pożywieniem dla roślin.
Cykl biotyczny to ciągły proces tworzenia i rozkładania związków organicznych. Realizowany jest przez wszystkie trzy grupy organizmów. Życie bez producentów jest niemożliwe, ponieważ to oni są podstawą życia. Tylko oni mają możliwość tworzenia pierwotnej materii organicznej, bez której kolejny cykl nie będzie przebiegał.
Ze względu na konsumpcję konsumentów różnych rzędów produkcji pierwotnej i wtórnej, przenoszenie z jednego gatunku do drugiego, na Ziemi możliwe są różne formy. Reduktory rozkładające substancje organiczne przywracają je do pierwszego etapu cyklu.
Wielkoskalowe cykle migracji składników chemicznych wiążą zewnętrzne powłoki planety w jedną całość, wyjaśniają ciągłość ewolucji.
Energia Słońca działa jako siła napędowa cyklu biotycznego. Głównym procesem przyczyniającym się do produkcji materii organicznej jest fotosynteza. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy zielone rośliny wykorzystują energię słoneczną.
Liście roślin (autotrofy),które syntetyzują glukozę, „konserwują” energię słoneczną w związek organiczny. Dostając się do biosfery z kosmosu, energia gromadzi się w roślinach, skałach i glebie. Słońce zapewnia cyrkulację pierwiastków chemicznych, umożliwia z kolei powstawanie substancji nieorganicznych lub organicznych.
Co warto wiedzieć
Oprócz węgla, tlenu, wodoru w cyklu biotycznym biorą udział również inne biologicznie ważne pierwiastki: wapń, azot, fosfor, krzem, potas, sód, siarka. Proces ten jest również niemożliwy bez pierwiastków śladowych: jodu, cynku, bromu, molibdenu, srebra, niklu, ołowiu, magnezu. Na liście pierwiastków wchłanianych przez żywą materię znajdują się nawet trucizny – arszenik, selen, rtęć, a także składniki promieniotwórcze (rad, uran).
Prędkość jazdy na rowerze
Wymiana energii ma charakter cykliczny. Odnowa żywej materii biosfery następuje po około 8 latach. W oceanie proces przebiega znacznie szybciej (po 33 dniach). W atmosferze tlen jest zastępowany za dwa tysiące lat, a tlenek węgla za 6 lat. Całkowita wymiana wody w hydrosferze trwa 2800 lat.
Związki chemiczne dostępne dla składników biosfery są ograniczone. Ze względu na ich wyczerpanie rozwój niektórych grup organizmów w oceanie i na lądzie jest zahamowany.
Opcje obiegu
Tylko dzięki obiegowi energii i substancji utrzymywany jest stabilny stan biosfery. Istnieją dwie opcje - geologiczna (duża) i biogeochemiczna (mała).
Rozważ pierwszyopcja cyklu. Skały magmowe pod wpływem czynników biologicznych, chemicznych, fizycznych zamieniają się w skały osadowe, w szczególności w glinę i piasek. Mogą również powstawać podczas syntezy minerałów biogennych (martwych mikroorganizmów) z wód mórz i oceanów. Wodniste luźne osady stopniowo gromadzą się na dnie zbiornika, twardnieją, tworząc gęste skały.
Wtedy następuje ich transformacja, obserwuje się procesy metamorfizmu. Pod działaniem porcji energii endogennej warstwy ulegają ponownemu stopieniu, tworząc magmę. Kiedy unoszą się na powierzchnię Ziemi pod wpływem wietrzenia, transferu, ponownie przekształcają się w skały osadowe.
Wielki cykl charakteryzuje się interakcją energii egzogennej (słonecznej) z endogenną (głęboką) energią Ziemi. Dzięki temu procesowi substancja jest redystrybuowana między głębokimi horyzontami a biosferą planety.
Obejmuje również ruch wody między litosferą, atmosferą, hydrosferą akumulowaną przez energię słoneczną. Najpierw woda wyparowuje z powierzchni oceanu (mórz, jezior, rzek), a następnie wraca do ziemi w postaci opadów. Kompensacja takich procesów spływu rzecznego. Roślinność odgrywa ważną rolę w obiegu wody.
Mała cyrkulacja jest typowa tylko dla biosfery. Cykle są tworzone w skali planetarnej z cyklicznych, wielokrotnych ruchów atomów, a także ruchów spowodowanych przez wulkanizm, ruch dna morskiego, energię wiatru, przepływy podziemne.
Podsumuj
W biosferze krążą substancje,tworzenie cykli biogeochemicznych. Potrzebują w dużych ilościach następujących pierwiastków: tlenu, azotu, węgla, wodoru. Ich obieg jest możliwy dzięki samoregulującym się procesom, w których inne składniki ekosystemów stają się aktywnymi uczestnikami.
Na wszystkich etapach rozwoju biosfery działa prawo globalnego zamknięcia cyklu. Podstawą takiego procesu jest energia słoneczna, a także chlorofil roślin zielonych.
Do całkowitego rozkładu materii organicznej tworzonej przez rośliny zielone potrzebujesz tyle tlenu, ile uwalnia się podczas fotosyntezy. Dzięki zakopaniu materii organicznej w torfie, węglu, skałach osadowych w atmosferze utrzymywany jest fundusz wymiany tlenu.
W wyniku wzrostu liczby przedsiębiorstw transportowych, przemysłowych zaburzony zostaje obieg tlenu w przyrodzie. To negatywnie wpływa na żywotność biosystemu, prowadzi do mutacji i całkowitego wyginięcia niektórych gatunków żywych roślin i zwierząt.
